Version vom 20. Juni 2019, 18:00 Uhr

Diese Seite beschreibt ein Ergänzungs-Set des Universal Prototyping Kit. Es enthält Komponenten die es ermöglichen zusammen mit dem Basis-Set einen Lineartrieb herzustellen.

Ein Lineartrieb kann mit Zahnriemen oder mit Gewindestange angetrieben werden. Zahnriemen erlaubt schnellere Bewegungen (z.B. 3D-Drucker), Gewindestange ist dagegen langsamer, kann aber mehr Kraft aufbringen (z.B. CNC-Fräse).

Bei beiden Antrieben kann die Führung entweder durch ein Gleitlager ("Slider") oder durch ein Kugellager (z.B. Linearkugellager vom Typ "lm8uu") auf einer Achse (z.B. Rundstab mit 8mm Durchmesser) ermöglicht werden.

Gewinde-Antrieb LeadScrew

Bei der Spindel-Achse sind die wesentlichen funktionalen Kernelemente eine Motorbefestigungsplatte welche auch gleichzeitig als Festlager funktiert, sowie eine Endplatte als Loslager und eine Kreuzplatte für den Schlitten. Dazu gubt es noch als Mitnehmer einen Spindelmutterblock.

Die Platten, aber auch weitere Elemente wie SC8UU-Linearkugellager-gehäuse können entweder aus Alu gefertigt sein oder auch wahlweise 3d-gedruckt werden.

Spindelantrieb mit LeadScrew
Gewinde-Antrieb mit Trapezgewindespindel 8mm

Spindelmutterblock

Spindelmutterblock als Mitnehmer
Gehäuseblock mit Trapezgewindemutter. Diese wird noch zusätzlich mit 4 M3x20 Zylinderkopfschrauben gesichert.
Abmessungen des Gehäuseblocks
Abmessungen des Gehäuseblocks
Gehäuseblock transparent
Gehäuseblock transparent und teilassembliert
Endversion mit gerundeten Kanten

Schlittenkreuzplatte

Kreuzplatte für den Schlitten
Kreuzplatte
Löcher für SC8UU
Löcher für Spindelmutterblock
Senkungen für SC8UU-Befestigungs-Schrauben
externe Befestigungslöcher

Motorplatte

Die Motorplatte enthält u.a. die Befestigungslöcher für den Steppermotor und dient auch als Festlager.

Motorplatte
Motorplatte
Abmessungen der Befestigungslöcher

Endplatte

Die Endplatte enthält ein zz806-Kugellager als Loslager.

Endplatte
Endplatte
Abmessungen der Befestigungslöcher

Zahnriemen-Antrieb Triboslider

TriboSlider Achsen
Bild 1: Triboslider-Achsen

Gleitlager-Führung

Das Gleitlager wird hier mittels eines Slider-Elements realisiert, welches in den Nuten eines T-Slot-Profils als Führung läuft, d.h., das Profil kann hier als tragendes Rahmen-Element und gleichzeitig auch als Führungsschiene verwendet werden.

Besonders elegant bei dieser Lösung ist, dass der Zahnriemen ebenfalls innerhalb der Profil-Nute läuft und somit einerseits geschützt ist und andererseits dem Lineartrieb ein sehr kompaktes Design verleiht.

Ein Video, welches den Lineartrieb in Bewegung und angesteuert durch eine RAMPS-Steuerung vom 3D-Drucker zeigt, gibt es auf YouTube:

(Hier noch gehts zu der im Video gezeigten alten Version V.0x ==> triboslider_0x (deprecated !) die aber inzwischen zugunsten des neuen Tribosliders obsolet geworden ist.)

Motorhalterung

Halterung für seitliche Aufhängung eines Nema17 Steppermotors, zum Antrieb eines Zahnriemens. Dieser verläuft in der 6er Nute eines 20x20 Tslot-Profils. Die Halterung besteht aus zwei Platten und einem Zwischenstück welche verschraubt werden. Das ist zwar etwas umständlich aber dadurch lässt sich bei 3D-gedruckten Teilen ein günstigerer Faserverlauf erreichen, der eine wesentlich bessere Stabilität bietet.

Motormount für Zahnriemenantrieb
Seitenwand mit Befestigungsmöglichkeiten für Nema17 Stepper
Zwischenstück

Idler

Die Umlenkrolle besteht ebenfalls aus zwei Platten und einem Zwischenstück. Das Zwischenstück hat Befestigungslöcher nach unten und zur Seite, die später eine Montage des gesamten Lineartriebes am Maschinenrahmen ermöglichen.

Umlenkrolle für Zahnriemenantrieb
Seitenplatte für Umlenkrollen-Halterung
Zwischenstück mit Befestigungslöchern

Schlitten

Slider-Elemet, 3d-druckbar, entweder aus ABS oder auch aus speziellem "tribo-Filament" (fa. Igus).

Slider-Element
Gleitelement frontal
Abmessungen
Gleitelement hochkant

Vierkant-Gehäuse

Das Slider-Element befindet sich passgenau in einem Vierkant-Gehäuse mit Gewinden an allen vier Längsseiten. Davon sind jeweils 4 Montagegewinde auf der Ober- und Unter-Seite, welche zur externen Befestigung anderer Teile mit dem Schlitten dienen und jeweils seitlich zwei, welche das Gehäuse mit dem Sliderelement als "Mitnehmer" verbinden.

squaretube
Vierkantrohr mit M6-Gewinden
Abmessungen top-Gewinde
Abmessungen Seiten-Gewinde

Zahnriemenantrieb mit Kugellager-Führung Universal-Axis

Die hier beschriebene Variante einer universellen Achse wurde 2016 von Michel Dhoore für OpenSourceEcology-US entwickelt und ist näher beschrieben im OSE-US-Wiki: opensourceecology.org

Universal-Achse für lm8uu-Kugellager und Zahnriemen
Universelle 8mm-Achse mit Kugellagern
Explosionsansicht

Die Endstücke können 3D-gedruckt werden und bestehen aus jeweils 2 Teilen, welche durch Schrauben und Muttern zusammengehalten werden.

End-Stücke für Motor-Befestigung und Umlenkrolle
Motor-Seite
Idler-Seite

Der Transport-Schlitten wird am Zahnriemen "klemm-schlüssig" befestigt.

Transport-Schlitten
Schlitten
Zahnriemen-Stöpsel

Ein Endstop-Halter, wie er auch bei 3D-Druckern gebräuchlich ist, kann auf der 8mm-Achse festgeklemmt werden.

EndStop-Halter
EndStop-Halter

Hier gibts die Teile im freeCad-Format und als .stl-files zum 3D-drucken:

Download Universal8mmaxis.zip

Konstruktionsbeispiele

Proof of Concept Slider

Erster Test-Entwurf eines LinearDrives mit PTFE-Slider-Elementen
PTFE-Slider

Uniscope

UniScope
CNC-gesteuertes USB-Mikroskop, vorgestellt auf der Makerfaire2016 in Hanover

@@ Zeile 5: / Zeile 5: @@
 Bei beiden Antrieben kann die Führung entweder durch ein Gleitlager ("Slider") oder durch ein Kugellager (z.B. Linearkugellager vom Typ "lm8uu") auf einer Achse (z.B. Rundstab mit 8mm Durchmesser) ermöglicht werden.
+<hr><hr>
-= Zahnriemen-Antrieb =
+= Gewinde-Antrieb LeadScrew =
+Bei der Spindel-Achse sind die wesentlichen funktionalen Kernelemente eine Motorbefestigungsplatte welche auch gleichzeitig als Festlager funktiert, sowie eine Endplatte als Loslager und eine Kreuzplatte für den Schlitten.  Dazu gubt es noch als Mitnehmer einen Spindelmutterblock.
+Die Platten, aber auch weitere Elemente wie SC8UU-Linearkugellager-gehäuse können entweder aus Alu gefertigt sein oder auch wahlweise 3d-gedruckt werden.
-== Gleitlager-Führung ==
-Das Gleitlager wird hier mittels Slider-Elementen realisiert, welche in der Nute eines T-Slot-Profils als Führung laufen, d.h., das Profil kann hier als tragendes Rahmen-Element und gleichzeitig auch als Führungsschiene verwendet werden.
+<gallery widths="600" heights="480" perrow="2" caption="Spindelantrieb mit LeadScrew">
+leadscrew2.jpg | Gewinde-Antrieb mit Trapezgewindespindel 8mm
+</gallery>
-Besonders elegant bei dieser Lösung ist, dass der Zahnriemen ebenfalls innerhalb der Profil-Nute läuft und somit einerseits geschützt ist und andererseits dem Lineartrieb ein sehr kompaktes Design verleiht.
-Ein Video, welches den Lineartrieb in Bewegung und angesteuert durch eine RAMPS-Steuerung vom 3D-Drucker zeigt, gibt es auf YouTube:
+=== Spindelmutterblock ===
-<html>
+<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Spindelmutterblock als Mitnehmer">
-<a href="http://www.youtube.com/watch?v=VLXWz3agxCA"><img src="https://wiki.opensourceecology.de/images/a/a8/Slider_move3.png"></a>
+<!-- nutblock1a.jpg | Gehäuseblock für Trapezgewindemutter 8mm -->
-</html>
+nutblock1b.jpg | Gehäuseblock mit Trapezgewindemutter.  Diese wird noch zusätzlich mit 4 M3x20 Zylinderkopfschrauben gesichert.
+nutblock1d_dim.png | Abmessungen des Gehäuseblocks
+nutblock1h_dim2.png | Abmessungen des Gehäuseblocks
+nutblock1c.jpg | Gehäuseblock transparent
+nutblock1f_ass.png | Gehäuseblock transparent und teilassembliert
+nutblock1h_chamf.png | Endversion mit gerundeten Kanten
+</gallery>
-=== Slider-Element ===
+=== Schlittenkreuzplatte ===
-Material PTFE, 5mm Platte bzw. Streifen
-Stck.
+<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Kreuzplatte für den Schlitten">
+Carriageplate_chamf.png | Kreuzplatte
+Carriageplate_dim.png | Löcher für SC8UU
+Carriageplate_dim2.png | Löcher für Spindelmutterblock
+Carriageplate_dim3.png | Senkungen für SC8UU-Befestigungs-Schrauben
+Carriageplate_dim4.png | externe Befestigungslöcher
+</gallery>
-Prinzip: Beim Slider handelt es sich um einen ca. 6 bis 8 cm langen PTFE-Streifen der mit geringstmöglicher Reibung innerhalb des Extrusionsprofil-Slots läuft. Dabei ist die Geometrie so konzipiert, dass keine ganzen Flächen aufeinanderreiben, sondern der Slider nur mit vier Eckpunkten (P1 und P2) das Innere des Slots berührt. Dadurch und durch den Umstand das PTFE (Teflon) ohnehin das Material mit dem niedrigsten Reibungskoeffizienten überhaupt ist, wird die Reibung minimal.
-Auf der anderen Seite möchte man aber größtmögliche Präzision haben, oder in anderen Worten, möglichst wenig Spiel in der Linearführung. Dieses wird erreicht durch verschiedene Stellschrauben, mit denen man zum einen den vertikalen Anpressdruck erhöhen kann, so dass das vertikale Spiel des Sliders im Slot minimiert wird und gleichzeitig auch zumindest bei den unteren beiden Eckpunkten (P1) das laterale Spiel, vgl. Bild 1.
+=== Motorplatte ===
-Darüberhinaus wird das laterale Spiel zusätzlich noch an den oberen beiden Eckpunkten (P2) minimiert (vgl. Bild 2) durch eine Stellschraube die auf einen im Slider befindlichen (ca. 2cm kurzen) Schlitz eine Spreizung bewirkt und so die seitliche Sliderfläche im oberen Bereich auf die Slotkantenecke drückt. Es ist vielleicht nicht so deutlich zu erkenen, daher wurde in der Zeichnung durch zwei gestrichelte Linien angedeutet, wie sich der Winkel der Seitenfläche etwas verändert, so dass sie nicht flächig die Slotkante berührt, sondern tatsächlich nur deren obere Ecke.
+Die Motorplatte enthält u.a. die Befestigungslöcher für den Steppermotor und dient auch als Festlager.
-Das Ganze ist also einstellbar und im Grunde eine Vermittelung zwischen der Präzision und der Reibung. D.h., man kann entweder den Anpressdruck und das Spiel etwas lockerer lassen und hat dafür weniger Reibung, aber auch etwas mehr Spiel und damit gleichzeitig etwas weniger Präzision. Oder aber man kann den Anpressdruck und die Reibung erhöhen und damit das Spiel verringern und hat dann folglich eine höhere Präzision. Letzteres um den Preis, das entweder der Motor weniger Leistung erbringt, d.h., weniger Drehmoment und geringere Geschwindigkeit, oder aber man kompensiert das mit einem etwas stärkeren Motor - letztlich ist das von der Art der Anwendung abhängig und man kanns halt über die Stellschrauben nach Bedarf anpassen.
+<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Motorplatte">
+mountplate3b_chamf.png | Motorplatte
+mountplate_holes.png | Abmessungen der Befestigungslöcher
+</gallery>
-Der Reiz bei diesem Prinzip besteht desweiteren auch darin, das man mit einem kleinen Stück PTFE einen recht präzisen Lineartrieb realisieren kann, d.h., man erspart sich einiges an Material-Aufwand und -Kosten etwa im Vergleich mit Rails, bei denen etliche Kugellager auf Stahlschienen gleiten. Desweiteren macht man sich die ohnehin vorhandenen Slots der Extrusionsprofile als Führungsschienen zunutze und erspart sich zusätzliche Führungsschienen wie etwa Wellen, die in Buchsen gleiten sowie deren Halterungen und Befestigungsmaterial.
-Um Missverständnise zu vermeiden: In Bild 1 und 2 ist natürlich nur die eine Hälfte der ganzen Mimik dargestellt, d.h.,  es werden zwei Profile als Führungschienen benötigt, welche durch Endstücke auf einen bestimmten Abstand zueinander gehalten bzw. fixiert werden. Ansonsten würde das mit dem vertikalen Anpressdruck nicht funktionieren; die jeweils gegenüberliegende Schiene dient dabei als Haltepunkt und die beiden Sliderhalter sind durch ein Mittelstück miteinander verbunden.
+=== Endplatte ===
+Die Endplatte enthält ein zz806-Kugellager als Loslager.
-<gallery widths="490" heights="384" perrow="2" caption="Slider Querschnitte">
+<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Endplatte">
-Profil_slide.png|Bild 1: Slider-Befestigung, Befestigungsschraube und Mutter nicht mit eingezeichnet
+endplate1b_chamf.png | Endplatte
-Profil_keil.png|Bild 2: Slider-Spreizung, Slider-Halter nicht mit eingezeichnet
+endplate_dim.png | Abmessungen der Befestigungslöcher
 </gallery>
-<!-- <gallery widths="470" heights="384" perrow="2" caption="Slider"> -->
-<gallery widths="320" heights="240" perrow="2" caption="Slider">
+<hr><hr>
-Unipro_slider1.jpg| Slider-Element Querschnitt
-Unipro_slider2.jpg| 2 Slider-Elemente, noch ohne Bohrung
+= Zahnriemen-Antrieb Triboslider=
-Unipro_slider3.jpg| Slider-Elemente im T-Slot-Profil
-Unipro_slider4.jpg| T-Slot-Profil Querschnitt
+<gallery widths="600" heights="480" perrow="2" caption="TriboSlider Achsen">
+triboslider2.jpg|Bild 1: Triboslider-Achsen
 </gallery>
-<gallery widths="490" heights="384" perrow="2" caption="Slider Konstruktionspläne">
-Slider_1c_screenshot6.png|Bild 1: 2D-Konstruktionszeichnung (Bemaßung kommt noch)
-Slider1c_scr5.png|Bild 2: 3D-Darstellung
-</gallery>
-=== Slidermountwinkel und Schlitten ===
+== Gleitlager-Führung ==
+Das Gleitlager wird hier mittels eines Slider-Elements realisiert, welches in den Nuten eines T-Slot-Profils als Führung läuft, d.h., das Profil kann hier als tragendes Rahmen-Element und gleichzeitig auch als Führungsschiene verwendet werden.
+Besonders elegant bei dieser Lösung ist, dass der Zahnriemen ebenfalls innerhalb der Profil-Nute läuft und somit einerseits geschützt ist und andererseits dem Lineartrieb ein sehr kompaktes Design verleiht.
+Ein Video, welches den Lineartrieb in Bewegung und angesteuert durch eine RAMPS-Steuerung vom 3D-Drucker zeigt, gibt es auf YouTube:
+<html>
+<a href="http://www.youtube.com/watch?v=VLXWz3agxCA"><img src="https://wiki.opensourceecology.de/images/a/a8/Slider_move3.png"></a>
+</html>
-Die Sliderelemente werden einerseits an entsprechenden Montagewinkeln befestigt und diese widerum am Schlitten montiert. Dadurch können bis zu drei Nuten des T-Slotprofils gleichzeitig als Führungsschiene benutzt werden, was eine Stabilität in zwei Richtungen bewirkt. Alternativ kann für flache Befestigungen auch eine Platte mit entsprechenden Bohrungen benutzt werden.
+(Hier noch gehts zu der im Video gezeigten alten Version V.0x ==> [[triboslider_0x]] (deprecated !) die aber inzwischen zugunsten des neuen Tribosliders obsolet geworden ist.)
-<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Slider-Montagewinkel und Schlitten für Zahnriemenantrieb">
-Slidermountwinkel1c.png | Winkel zum Befestigen der Slider am Schlitten
-Schlitten2f.png | Schlitten, mit Aussparungen für Zahnriemen
-Mountplate1b.png|Flache Sliderbefestigungsplatte, als Alternative
-</gallery>
 === Motorhalterung ===
@@ Zeile 85: / Zeile 108: @@
 Idler connector2.png | Zwischenstück mit Befestigungslöchern
 </gallery>
+=== Schlitten ===
+Slider-Elemet, 3d-druckbar, entweder aus ABS oder auch aus speziellem "tribo-Filament" (fa. Igus).
+<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="Slider-Element">
+ts3a.png | Gleitelement frontal
+ts1h_conn_dim.png | Abmessungen
+ts3a_2.png | Gleitelement hochkant
+</gallery>
+=== Vierkant-Gehäuse ===
+Das Slider-Element befindet sich passgenau in einem Vierkant-Gehäuse mit Gewinden an allen vier Längsseiten. Davon sind jeweils 4 Montagegewinde auf der Ober- und Unter-Seite, welche zur externen Befestigung anderer Teile mit dem Schlitten dienen und jeweils seitlich zwei, welche das Gehäuse mit dem Sliderelement als "Mitnehmer" verbinden.
+<gallery widths="420" heights="400" perrow="2" caption="squaretube">
+squaretube1c.png | Vierkantrohr mit M6-Gewinden
+squaretube1c_dim.png | Abmessungen top-Gewinde
+squaretube1c_dim2.png | Abmessungen Seiten-Gewinde
+</gallery>
 <hr>
 <hr>
-== Kugellager-Führung ==
+== Zahnriemenantrieb mit Kugellager-Führung Universal-Axis==
 Die hier beschriebene Variante einer universellen Achse wurde 2016 von Michel Dhoore für OpenSourceEcology-US entwickelt und ist näher beschrieben im OSE-US-Wiki: [http://opensourceecology.org/wiki/Universal_CNC_Axis opensourceecology.org]
@@ Zeile 129: / Zeile 176: @@
 <hr>
-= Gewinde-Antrieb =
-(t.b.c. ...)
-<hr>
-<hr>
+<!--
-<!--
 === Slider-Halter ===
 Material Aluminium AlMgSi0,5 F22 / EN-AW AlMgSi
@@ Zeile 222: / Zeile 263: @@
 === 8. Verbindungsstück Motorwelle ===
 -->

Ergänzungs-Set Lineartrieb: Unterschied zwischen den Versionen